Đối với mua sắm biến áp quốc tế, quá trình lựa chọn không nên bắt đầu với giá hoặc công suất biến áp một mình. Cách tiếp cận chính xác là trước tiên xác định hệ thống điện, đặc điểm tải, môi trường hoạt động và các tiêu chuẩn áp dụng, sau đó xác định công suất cần thiết và tối ưu hóa hiệu quả, tăng nhiệt độ, vật liệu và phương pháp làm mát.

Nguyên tắc cốt lõi là đơn giản:

Định nghĩa tải và điều kiện hoạt động trước tiên, xác định công suất biến áp thứ hai, và sau đó tối ưu hóa hiệu quả, độ tin cậy, vật liệu và chi phí vòng đời theo các tiêu chuẩn địa phương áp dụng và yêu cầu dự án.

1. Định nghĩa các yêu cầu dự án trước

Trước khi yêu cầu báo giá, một người mua quốc tế nên thu thập thông tin dự án cơ bản xác định thiết kế biến áp.

Hệ thống điện

Xác nhận:

• Điện áp chính và thứ cấp

• Tần số: 50 Hz hoặc 60 Hz

• Một pha hoặc ba pha

• Sự sắp xếp đặt đất hệ thống

• Điều chỉnh điện áp và phạm vi vòi cần thiết

• Mức độ ngắn mạch của hệ thống điện

• Lắp đặt trong nhà hoặc ngoài trời

• Tiêu chuẩn áp dụng và yêu cầu chứng nhận

Đối với các dự án Bắc Mỹ, các yêu cầu điện CSA, UL và địa phương hiện hành nên được xác nhận. Đối với thị trường IEC, các tiêu chuẩn IEC liên quan và các yêu cầu quy định địa phương nên được xác định.

Dấu CE không nên được coi là một tiêu chuẩn kỹ thuật biến áp phổ quát. Sự áp dụng của nó phụ thuộc vào sản phẩm cụ thể và các yêu cầu quy định của châu Âu.

Điều kiện môi trường

Thiết kế biến áp cũng nên xem xét:

• Nhiệt độ môi trường tối đa và tối thiểu

• Độ cao

• Độ ẩm

• Bụi và ô nhiễm

• Khí hoặc hóa chất ăn mòn

• Yêu cầu địa chấn

• Lắp đặt trong nhà hoặc ngoài trời

• Vỏ hoặc mức độ bảo vệ cần thiết

Ví dụ, một biến áp được cài đặt trong một môi trường công nghiệp nóng có thể yêu cầu một thiết kế nhiệt khác với một thiết kế được cài đặt trong một phòng điện trong nhà mát mẻ.

Đặc điểm tải

Người mua nên cung cấp:

• Tổng tải kết nối

• Tải trọng nhu cầu tối đa

• Tải trọng liên tục và gián đoạn

• Tải động cơ và điều kiện khởi động

• HVAC, máy bơm và máy nén

• VFD, hệ thống UPS và bộ chỉnh sửa

• Yếu tố công suất dự kiến

• Hồ sơ tải trung bình dự kiến

• Yêu cầu mở rộng trong tương lai

Khởi động động cơ và tải trọng phi tuyến tính không nên được đánh giá chỉ từ kW định mức của chúng. Dòng điện bắt đầu, giảm điện áp, hài hòa và các hiệu ứng nhiệt bổ sung cũng có thể ảnh hưởng đến việc lựa chọn biến áp.

2. Xác định công suất biến áp

Công suất biến áp thường được chỉ định trongKVA hoặc MVAchứ không chỉ bằng kW.

Một tính toán sơ bộ có thể được thực hiện bằng cách sử dụng:

S = P × Kd / cosφ

Ở đâu:

• S = công suất rõ ràng tính toán, kVA

• P = tổng tải tích cực, kW

• Kd = Yếu tố nhu cầu hoặc đa dạng tải

• COSF = yếu tố công suất trung bình

Ví dụ, nếu tổng tải kết nối là 200 kW, yếu tố nhu cầu là 0,85 và yếu tố công suất trung bình là 0,80:

S = 200 × 0,85 / 0,80 = 212.5 kVA

Một tiêu chuẩnMáy biến áp 250 kVAdo đó có thể được xem xét, tùy thuộc vào việc kiểm tra điều kiện hoạt động thực tế.

Đừng áp dụng lợi nhuận công suất cố định một cách mù quáng

Một biên công suất thường được yêu cầu, nhưng không có quy tắc phổ quát rằng mỗi biến áp chỉ đơn giản là quá kích thước 10%, 20% hoặc 40%.

Margin cần thiết phụ thuộc vào:

• Động cơ bắt đầu hiện tại

• Nhu cầu tối đa

• Giảm điện áp

• Nhiệt độ môi trường

• Khả năng quá tải biến áp

• Mở rộng trong tương lai

• Tải hài hòa

• Yêu cầu redundancy

Đối với một nhà máy có nhiều động cơ lớn, ví dụ, điều kiện khởi động có thể xác định kích thước biến áp ngay cả khi tải chạy bình thường xuất hiện tương đối nhỏ.

Tránh cả undersizing và oversizing

Một biến áp nhỏ có thể hoạt động với tải quá mức, dẫn đến tăng nhiệt độ cao hơn, giảm điện áp và lão hóa cách nhiệt tăng tốc.

Mặt khác, một biến áp quá lớn có thể có tiêu thụ năng lượng không tải hàng năm cao không cần thiết và chi phí mua ban đầu cao hơn.

Do đó, mục tiêu không chỉ đơn giản là chọn biến áp lớn nhất. Công suất thích hợp nên được xác định từ hồ sơ tải thực tế, điều kiện hoạt động và chi phí vòng đời.

3. Đánh giá mất không tải và mất tải

Hiệu quả biến áp nên được đánh giá trong thời gian hoạt động dự kiến thay vì bằng cách so sánh giá mua một mình.

Hai tổn thất lớn của biến áp là:

• Không mất tải (P) ₀):chủ yếu liên quan đến lõi từ và có mặt bất cứ khi nào biến áp được năng lượng.

• Mất tải (Pk):chủ yếu liên quan đến kháng cuộn dây và mất mát lang thang và nói chung tăng khoảng với vuông của dòng tải.

Vì vậy:

Tổng tổng mất mát ≈ Không mất tải + mất tải

Ví dụ, nếu biến áp hoạt động với tải trọng 50%, tổn thất tải của nó là khoảng một phần tư tổn thất tải trọng định mức, giả sử thành phần tổn thất liên quan tuân theo mối quan hệ định luật vuông dự kiến.

Hoạt động liên tục

Đối với các trung tâm dữ liệu, bệnh viện, nhà máy công nghiệp và các cơ sở khác duy trì năng lượng 24/7, cả không tải và mất tải có thể có tác động đáng kể đến chi phí vòng đời.

Các vật liệu lõi có tổn thất thấp như thép điện định hướng hạt Hi-B cao cấp hoặc kim loại vô định dạng có thể được xem xét tùy thuộc vào ứng dụng.

Hoạt động gián đoạn

Đối với các cơ sở chỉ hoạt động trong một số giờ nhất định, đóng góp hàng năm không mất tải có thể khác nhau. Người mua nên so sánh giờ hoạt động hàng năm thực tế, hồ sơ tải và giá điện thay vì chọn một thiết kế mất mát thấp chỉ dựa trên hiệu quả định mức của nó.

Chi phí vòng đời

Một sự so sánh mua sắm thích hợp nên xem xét:

Chi phí vòng đời = Chi phí mua + Chi phí năng lượng + Chi phí bảo trì + Chi phí vận hành khác

Đối với các dự án biến áp lâu dài, một biến áp có giá ban đầu cao hơn đôi khi có thể cung cấp chi phí tổng thể thấp hơn khi mất mát thấp hơn của nó được xem xét trong nhiều năm.

Đối với các dự án Canada, người mua cũng nên xác nhận liệu biến áp có nằm trong phạm vi áp dụng hay khôngCSA C802 yêu cầu hiệu quả năng lượng và yêu cầu quy định của Canada.

4. Kiểm tra tăng nhiệt độ và hệ thống cách nhiệt

Sự gia tăng nhiệt độ là một yếu tố quan trọng ảnh hưởng đến tuổi thọ biến áp và độ tin cậy hoạt động, nhưnglớp cách nhiệt và tăng nhiệt độ biến áp không nên được coi là cùng một thông số.

Ví dụ:

Cách nhiệt lớp F không tự động có nghĩa là tăng nhiệt độ biến áp 100 K.

Người mua phải xác nhận riêng biệt:

• Hệ thống cách nhiệt lớp nhiệt

• Tăng nhiệt độ cuộn dây định mức

• Sự gia tăng nhiệt độ dầu trên, cho biến áp chìm dầu

• Nhiệt độ môi trường

• Phương pháp làm mát

• Nhiệt độ điểm nóng

• Giới hạn tiêu chuẩn áp dụng

Một biến áp được thiết kế cho môi trường nhiệt độ xung quanh cao có thể yêu cầu tăng nhiệt độ thấp hơn, tăng công suất làm mát hoặc các biện pháp thiết kế nhiệt khác.

Môi trường nhiệt độ cao

Đối với các dự án ở các khu vực mà nhiệt độ xung quanh có thể đạt 45°C hoặc cao hơn, nhà sản xuất biến áp nên xác minh rằng công suất được chọn, hệ thống cách nhiệt, tăng nhiệt độ và sắp xếp làm mát phù hợp với điều kiện thực tế của trang web.

Chỉ cần chỉ định một lớp cách nhiệt cao hơn không tự giải quyết một vấn đề thiết kế nhiệt.

Môi trường lạnh

Đối với các dự án ở các khu vực có nhiệt độ rất thấp, chẳng hạn như miền bắc Canada, nhà sản xuất nên xem xét:

• Hiệu suất vật liệu nhiệt độ thấp

• Đặc tính dầu và đặc tính dòng chảy lạnh

• Điều kiện khởi động và năng lượng

• Vật liệu niêm phong

• Thiết kế vỏ ngoài trời

• Yêu cầu sưởi ấm khi áp dụng

Do đó, sự gia tăng nhiệt độ nên được đánh giá cùng với nhiệt độ môi trường thực tế thay vì được coi là một con số độc lập.

5. Chọn vật liệu lõi, cuộn dây và cách nhiệt

Việc lựa chọn vật liệu ảnh hưởng đến hiệu quả, hiệu suất nhiệt, sức mạnh cơ học, chi phí và tuổi thọ.

Vật liệu cốt lõi

Thép điện định hướng hạt thông thường

Điều này cung cấp một giải pháp hiệu quả về chi phí cho nhiều ứng dụng biến áp tiêu chuẩn.

Thép điện định hướng hạt Hi-B

Thép điện Hi-B cấp cao cung cấp hiệu suất từ cải thiện và mất lõi thấp. Nó được sử dụng rộng rãi trong biến áp năng lượng và phân phối hiệu quả cao hiện đại.

kim loại vô hình

Các lõi kim loại vô định hình có thể đạt được tổn thất không tải rất thấp so với thép điện định hướng hạt thông thường.

Chúng có thể đặc biệt hấp dẫn cho các biến áp duy trì năng lượng trong một thời gian dài nhưng hoạt động với tải trọng trung bình tương đối thấp.

Tuy nhiên, lõi kim loại vô định dạng nhạy cảm về mặt cơ học hơn lõi thép lớp ép thông thường. Do đó, các yêu cầu vận chuyển, kẹp, xử lý và lắp đặt nên được xem xét cẩn thận.

Lợi thế tiết kiệm năng lượng thực tế nên được đánh giá bằng cách sử dụng mất mát không tải được đảm bảo của nhà sản xuất thay vì dựa vào so sánh tỷ lệ phần trăm cố định.

Đồng so với nhôm cuộn dây

Đồng và nhôm là cả hai chất dẫn cuộn dây được sử dụng rộng rãi.

Đồng

Đồng cung cấp độ dẫn điện cao và có thể cung cấp thiết kế cuộn dây nhỏ gọn. Nó thường được lựa chọn nơi không gian, mất mát hoặc yêu cầu cơ học cụ thể là quan trọng.

Nhôm

Nhôm cung cấp chi phí vật liệu thấp hơn và trọng lượng thấp hơn, mặc dù một cắt ngang dây dẫn lớn hơn có thể được yêu cầu cho cùng một hiệu suất điện.

Lựa chọn nên dựa trên:

• Đảm bảo mất tải

• Kích thước cuộn dây

• Thiết kế cơ khí

• Khả năng chống ngắn mạch

• Trọng lượng

• Chi phí

• Yêu cầu ứng dụng

Đồng và nhôm không nên chỉ đơn giản được đánh giá bằng tên vật liệu. Hiệu suất ngắn mạch phụ thuộc rất nhiều vào xây dựng cuộn dây, kích thước dây dẫn, hỗ trợ cơ khí và chất lượng sản xuất.

Nếu kết nối đồng-nhôm được sử dụng, phương pháp kết nối và bảo vệ chống ăn mòn nên được chỉ định rõ ràng.

Khuyến nghị mua sắm

Vật liệu dẫn dây nên được nêu rõ trong thông số kỹ thuật:

Dây dẫn cuộn dây: Đồng / Nhôm - được xác nhận và đảm bảo bởi nhà sản xuất.

Điều này tránh sự mơ hồ khi so sánh báo giá từ các nhà cung cấp khác nhau.

6. Xác định hệ thống cách nhiệt và phương pháp làm mát

Đối với biến áp loại khô, hệ thống cách nhiệt phổ biến bao gồm nhựa đúc và thiết kế ngâm.

Đối với biến áp chìm dầu, chất lỏng cách nhiệt có thể là:

• Dầu khoáng sản

• Ester tự nhiên

• Các chất lỏng cách nhiệt được chỉ định khác

Việc lựa chọn phụ thuộc vào các yêu cầu an toàn cháy, các cân nhắc môi trường, điều kiện lắp đặt và các quy định áp dụng.

Chất lỏng ester tự nhiên có thể được xem xét cho các dự án nơi an toàn cháy và đặc điểm môi trường là quan trọng, nhưng sự phù hợp và chứng nhận của chúng nên được xác nhận cho thiết kế và thẩm quyền biến áp cụ thể.

Phương pháp làm mát

Các sắp xếp làm mát điển hình bao gồm:

Loại khô:

• AN — Không khí tự nhiên

• AF - Không lực

Dầu chìm:

• ONAN — Dầu tự nhiên, Không khí tự nhiên

• ONAF — Dầu tự nhiên, không khí ép buộc

• Các sắp xếp làm mát khác cho máy biến áp lớn hơn

Phương pháp làm mát nên được chọn theo công suất biến áp, hồ sơ tải trọng, nhiệt độ môi trường xung quanh và điều kiện lắp đặt.

7. Xác nhận trở kháng ngắn mạch và các thông số kỹ thuật khác

Kháng điện ngắn mạch là một thông số biến áp quan trọng bởi vì nó ảnh hưởng đến cả dòng lỗi và điều chỉnh điện áp.

Một trở kháng thấp hơn thường cho phép một dòng điện ngắn mạch tiềm năng cao hơn, trong khi trở kháng cao hơn thường làm giảm dòng lỗi hạn chế biến áp có sẵn nhưng có thể dẫn đến giảm điện áp lớn hơn.

Do đó, trở trở nên phối hợp với:

• Công suất ngắn mạch hệ thống

• Thiết bị bảo vệ

• Công suất biến áp

• Động cơ bắt đầu

• Điều chỉnh điện áp

• Yêu cầu hoạt động song song

Đối với nhiều biến áp phân phối, các giá trị khoảng 4% -6% là phổ biến, nhưng điều này không nên được coi là một yêu cầu phổ quát.

Các thông số khác cần xác nhận bao gồm:

• Nhóm vector

• Phạm vi khai thác

• Kiểu thay đổi

• Cấu hình trung lập

• Sự sắp xếp bushing

• Giám sát nhiệt độ

• Người hâm mộ

• Thiết bị giảm áp lực

• Bảo tồn

• Các đầu cuối đặt đất

• Mức độ vỏ / bảo vệ

• Mức độ tiếng ồn

• Bảo vệ chống ăn mòn

• Kích thước và trọng lượng

• Giới hạn vận chuyển

8. Xác minh chứng nhận và thử nghiệm nhà máy

Người mua quốc tế không nên chỉ dựa vào tuyên bố chung của nhà cung cấp rằng một biến áp có "chứng nhận IEC" hoặc "UL phê duyệt".

Người mua nên yêu cầu và xác minh:

• Báo cáo kiểm tra loại

• Tài liệu chứng nhận

• Báo cáo thử nghiệm thường xuyên

• Thủ tục thử nghiệm nhà máy

• Thông số kỹ thuật vật liệu

• Giá trị mất mát được đảm bảo

• Dữ liệu tăng nhiệt độ

• Mức cách nhiệt

Điểm quan trọng nhất là xác minh rằng chứng nhận và bằng chứng thử nghiệm có sẵn thực sự bao gồm thiết kế biến áp đề xuất, xếp hạng, xây dựng và danh mục sản phẩm áp dụng.

Báo cáo thử nghiệm cho một biến áp khác không nên tự động được coi là bằng chứng cho đơn vị đề xuất.

Yêu cầu FAT

Đối với các dự án quốc tế lớn, thông số kỹ thuật mua hàng nên xác định rõ ràng các thử nghiệm chấp nhận nhà máy cần thiết.

Kiểm tra điển hình có thể bao gồm:

Phạm vi FAT chính xác nên tuân theo tiêu chuẩn áp dụng và thông số kỹ thuật dự án.

9. Hai ví dụ lựa chọn biến áp điển hình

Ví dụ 1: Máy biến áp loại khô 1000 kVA cho tòa nhà thương mại

Một tòa nhà thương mại ở Bắc Mỹ yêu cầu một biến áp ba pha để rút lui13.8 kV đến 480Y / 277 V, 60 Hz.

Tòa nhà bao gồm hệ thống HVAC, thang máy, ánh sáng, máy chủ và tải điện chung.

Nhu cầu tối đa được tính là khoảng800 kWvới yếu tố công suất trung bình là 0,90:

S = 800 / 0,90 ≈ 889 kVA

Sau khi xem xét sự mở rộng trong tương lai, sự biến đổi tải và yêu cầu dự án, một1000 kVA biến áp loại khôcó thể được xem xét.

Bởi vì biến áp được cài đặt trong nhà, mộtbiến áp loại khô nhựa đúccó thể được chọn nơi dự án yêu cầu một giải pháp loại khô.

Dự án cũng bao gồm các thiết bị VFD và UPS, vì vậy người mua nên xác nhận dòng hài hòa dự kiến và thiết kế nhiệt của nhà sản xuất cho tải không tuyến tính.

Đặc điểm kỹ thuật mua sắm điển hình

Logic lựa chọn

Lắp đặt trong nhà + 60 Hz Hệ thống Bắc Mỹ + tải hàng thương mại + tải hàng VFD / UPS

→ Xây dựng loại khô, chứng nhận áp dụng, hiệu suất nhiệt, khả năng hài hòa, tiếng ồn và hiệu quả trở thành các cân nhắc mua sắm quan trọng.

Ví dụ 2: Máy biến áp ngâm dầu 2500 kVA cho nhà máy công nghiệp

Một nhà máy công nghiệp yêu cầu một biến áp ngoài trời để bước xuống33 kV đến 6.6 kV, 50 Hz.

Máy biến áp cung cấp động cơ, máy bơm, máy nén và thiết bị sản xuất và dự kiến ​​sẽ hoạt động liên tục.

Nhu cầu tối đa được tính là khoảng2100 kWvới yếu tố công suất trung bình là 0,90:

S = 2100 / 0,90 ≈ 2333 kVA

Sau khi xem xét điều kiện hoạt động, biến đổi tải và mở rộng trong tương lai, một2500 kVA biến áp chìm dầucó thể được xem xét.

Đối với lắp đặt ngoài trời và hoạt động công nghiệp liên tục, mộtONAN biến áp chìm dầucó thể phù hợp, tùy thuộc vào hiệu suất nhiệt và hồ sơ tải cần thiết.

Cần chú ý đặc biệt đến việc đảm bảo không mất tải, mất tải, trở kháng, tăng nhiệt độ, mức cách nhiệt và độ tin cậy hoạt động lâu dài.

Đặc điểm kỹ thuật mua sắm điển hình

Logic lựa chọn

Lắp đặt ngoài trời + hoạt động công nghiệp liên tục + tải động cơ + hệ thống 33 kV

→ Xây dựng chìm dầu, khả năng làm mát, trở kháng ngắn mạch, mất mát, mức cách nhiệt và độ tin cậy dài hạn trở thành những cân nhắc mua sắm chính.

10. Danh sách kiểm tra mua sắm máy biến áp cuối cùng

Trước khi đặt hàng, người mua quốc tế nên có thể trả lời các câu hỏi sau:

Kết luận

Đối với mua sắm biến áp quốc tế, quá trình lựa chọn chính xác là:

1. Định nghĩa hệ thống điện, môi trường, đặc điểm tải và các tiêu chuẩn áp dụng.

2. Tính toán kVA cần thiết dựa trên nhu cầu thực tế, yếu tố công suất và đa dạng tải, sau đó xem xét khởi động động cơ, mở rộng trong tương lai và điều kiện hoạt động.

3. So sánh tổn thất không tải và tải bằng cách sử dụng hồ sơ tải thực tế và đánh giá chi phí vòng đời thay vì giá mua một mình.

4. Xác nhận hệ thống cách nhiệt, tăng nhiệt độ định mức và phương pháp làm mát theo tiêu chuẩn và điều kiện hiện hành.

5. Chọn vật liệu lõi và cuộn dây theo hiệu quả, độ tin cậy, yêu cầu cơ học và ngân sách.

6. Kết thúc trở kháng, nhóm vector, phạm vi khai thác, phụ kiện, yêu cầu vỏ và các thông số cụ thể khác của dự án.

7. Xác minh sự bao phủ chứng nhận, bằng chứng kiểm tra, dữ liệu kỹ thuật được đảm bảo và yêu cầu FAT trước khi đặt đơn đặt hàng.

Do đó, biến áp tốt nhất không nhất thiết phải là biến áp rẻ nhất hoặc biến áp có công suất lớn nhất. Đó là transformer màCông suất, hiệu quả, hiệu suất nhiệt, vật liệu, bảo vệ, chứng nhận và chi phí vòng đời được phù hợp chính xác với dự án thực tế.